食品罐成形工艺优化及落料分析

采用有限元方法对新型锥形食品罐的成形工艺进行优化，解决实际生产过程中出现的盖边法兰褶皱问题，并对落料预成形进行分析。结果表明，采用含加强筋的结构及合理的压边力能减轻盖边法兰褶皱现象，在落料尺寸足够的前提下，生产的零件应尽可能使法兰边规整。金属包装行业现已形成了包括涂印、制罐、制盖以及制桶等完整包装工业体系，零件生产线丰富，应用广阔。金属包装行业总体呈现发展的趋势，相对于欧美发达国度，国内依然拥有巨大的潜力。如何在激烈的市场竞争中，提供金属包装罐盖，适应多样化零件种类的，满足不同的客户群体，抢占市场先机是金属包装企业的共同目标。

目前越来越多的食品2片罐采用锥形结构设计，其上大下小的结构特点使罐内物体较容易倒出，同时可以降低空罐的运输成本（罐与罐相套），还有利于装满物体的实罐在超市货架的码放（罐底可以放在盖面内部）。但锥形结构在拉深成形过程中，不可避免的出现悬空的变形区域，容易出现失稳起皱现象。传统的压边结构也会出现盖边法兰褶皱现象，而盖边法兰的平面度是罐盖配合的关键。不同的落料尺寸会产生不同的法兰边界，可能加深材料成形的困难程度（材料变薄严重），还影响成形零件的美观，后期导致成品质量下降。鉴于目前CAE技术的发展以及在冲压工程中的广泛应用，现通过对锥形铝质2片罐成形过程进行有限元分析，探讨如何基于有限元模拟分析成形工艺参数和模具结构优化等问题。

锥形食品罐初步设计方案

零件图设计完成后，需要对零件进行理论分析，计算零件的落料尺寸及设计拉深成形工艺。落料尺寸的计算一般先采用分区域展开计算的方法，再根据计算结果将各个区域进行平滑过渡连接，局部区域需要根据拉深经验进行调整，后期形成光滑平整连接的落料尺寸。

考虑零件封罐时的罐盖配合问题，尽可能罐口R角处局部周边法兰的平面度，此区域的法兰褶皱尽量降到低。根据零件成形原理，产生褶皱的原因是面内2个方向的应力不均导致的。由于冲压成形时，外围材料不停地向零件中心流动，说明在局部区域材料存在收缩率过快现象。这是由初始落料尺寸与后期零件之间的形状差所决定，因此为了降低材料流动过程中产生的面内张应力和压应力的差值，减缓材料的环向收聚力，在模具设计时针对压料圈和下模，添加局部加强筋结构设计，并采用有限元方法对结果进行模拟。采用有限元方法对新型锥形食品罐的成形工艺进行优化，解决了实际生产过程中出现的盖边法兰褶皱问题，并对落料预成形进行分析，结果表明：

（1）在不改变后期零件的结构，采用含加强筋的辅助结构及合理的压边力能减轻盖边法兰褶皱现象。

（2）不同落料形状及尺寸会造成不同的法兰边界，并影响整体零件的减薄率和零件强度，在落料尺寸足够的前提条件下，生产的零件应尽可能使法兰边界规整。